材料研究方法 金相显微镜

1、材 料 研 究 方 法 Analysis technique of materials 构造构造 基本原理基本原理 调节与使用调节与使用 特殊光学显微分析法特殊光学显微分析法 1 2 3 金相显微镜 Part1 构造 金相显微镜通常由光学系统、 照明系统和机械系统三大部 分组成，有的显微镜还附带 照像装置和暗场照明系统等。 光学系统：由光源、反光镜、 物镜组、目镜及多组聚光镜组 组成。 照明系统：由安装在底座上的 低压灯泡、聚光镜、反光镜、 孔径光阑和安装在支架上的视 场光栏和另一聚光镜组成。 机械系统：由载物台、物镜转 换器、目镜筒、粗调和微调手 轮、视场光阑和孔径光阑组成。 Part2 基

2、本原理 金相显微镜的光学放大原理 金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的。 当被观察物体AB置于物镜前焦 点略远处时，物体的反射光线 穿过物镜经折射后，得到一个 放大的倒立实像A1B1（称为中 间象）。若A1B1处于目镜焦距 之内，则通过目镜观察到的物 象是经目镜再次放大了的虚象 A1B1。由于正常人眼观察物 体时最适宜的距离是250mm （称为明视距离），因此在显 微镜设计上，应让虚象A1B1 正好落在距人眼250mm处，以 使观察到的物体影像最清晰。 Part2 基本原理 金相显微镜的主要性能指标金相显微镜的主要性能指标 1 1、放大倍数、放大倍数 f物 物镜的焦距；f目目镜的焦距； L

3、L显微镜的光学镜筒长度；D D 明视距离（250mm） 有的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它 的镜筒长度比一般显微镜短些。 显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证，物镜的最 高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。 目物 目物 f D f L MMM Part2 基本原理 2、鉴别率 金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间 最小距离d的能力。d值越小，鉴别率越高。 根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜成象后， 我们看到并不是一个真正的点象，而是具有一定尺寸的白色 圆斑，四周围绕着许多衍射环。当试样上两个相邻点的距离 极近时，成象后由于部分重迭而不能分清为

4、两个点。只有当 试样上两点距离达到某一d值时，才能将两点分辨清楚。 Part2 基本原理 A d 2 该式表明：显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长（）和 物镜的数值孔径（A），而与目镜无关。 一般显微镜中： 光源的波长可通过加滤色片来改变，例如： 蓝光的波长（ ）比黄绿光（ ）短，所以鉴别率 较黄绿光高25%。 当光源的波长一定时，可通过改变物镜的数值孔径A来调节显 微镜的鉴别率。 44. 055. 0 Part2 基本原理 3 3、物镜的数值孔径、物镜的数值孔径 物镜的数值孔径表示物镜的聚光能力，如下图所示。数值 孔径大的物镜聚光能力强，能吸收更多的光线，使物象更清 晰。 n n 物镜与试样

5、之间介质的折射率； 物镜孔径角的一半，即通过物镜 边缘的光线与物镜轴线所成夹角。 n 越大或 越大，则A 越大，物镜的鉴别率就越高。 sin nA Part2 基本原理 4 4、放大倍数、数值孔径、鉴别率之间的关系、放大倍数、数值孔径、鉴别率之间的关系 显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜组合 起来实现，但存在着如何合理选用物镜和目镜的问题。这是 因为：人眼在250mm处的鉴别率为0.15 - 0.30mm，要使物镜 可分辨的最近两点的距离d能为人眼所分辨，则必须将d放大 到0.15-0.30mm，即： 由于 则 在常用光线的波长范围内，上式可进一步简化为： )(300150mm.Md

6、 A d 2 AM)6 . 03 . 0( 1 AAM1000500 Part2 基本原理 由此可见，由此可见， 显微镜的放大倍数M与物镜的数值孔径之间存在一定 关系，其范围称有效放大倍数范围。在选用物镜时，必须 使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500倍至1000倍 之间。若 ，则未能充分发挥物镜的鉴别率。 若 ， 则由于物镜鉴别率不足而形成“虚伪放大 ”，细微部分仍分辨不清。 AM500 AM1000 Part2 基本原理 5 5、透镜成象的质量、透镜成象的质量 单片透镜在成象过程中，由于几何条件的限制及其它因素 的影响，常使影象变得模糊不清或发生变形现象，这种缺 陷称为象差。由于物镜起

7、主要放大作用，所以显微镜成象 的质量主要取决于物镜，应首先对物镜象差进行校正，普 通透镜成象的主要缺陷有球面象差和色象差两种。 (1) 球面象差 如下图所示，当来自A点的单色光（即某一特定波长的光线）通过透 镜后，由于透镜表面呈球面形，折射光线不能交于一点，从而使放大 后的影象变得模糊不清。 Part2 基本原理 降低球面象差的方法： 1、采用由多片透镜组成的透镜组，即将凸透镜和凹 透镜组合在一起（称为复合透镜）。由于这两种 透镜的球面象差性质相反，因此可以相互抵消。 2、在使用显微镜时，可采取调节孔径光栏的方法， 适当控制入射光束粗细，让极细的一束光通过透 镜中心部位，这样可将球面象差降至最

8、低限度。 Part2 基本原理 (2) 色象差 如下图所示，当来自A点的白色光通过透镜后，由于组 成白色光的七种单色光的波长不同，其折射率也不同，使 折射光线不能交于一点，紫光折射最强，红光折射最弱， 结果使成象模糊不清。 Part2 基本原理 消除色象差的方法： 1、可用消色差物镜和复消色差物镜进行校正。消 色差物镜常与普通目镜配合，用于低倍和中倍观 察；复消色差物镜与补偿目镜配合，用于高倍观 察。 2、可通过加滤色片得到单色光，常用的滤色片有 蓝色、绿色和黄色等。 Part3 调节与使用 金相显微镜是一种精密光学仪器，在使用时要求细心和谨慎，严 格按照使用规程进行操作。 将显微镜的光源插头

9、接在低压（6V8V）变压器上，接通电 源。 根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座 上和目镜筒内，旋动物镜转换器，使物镜进入光路并定位（ 可感觉到定位器定位）。 将试样放在样品台上中心，使观察面朝下并用弹簧片压住。 转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能 接近试样表面（但不得与之相碰），然后反向转动粗调手轮 ，使镜筒渐渐下降以调节焦距，当视场亮度增强时，再改用 微调手轮调节，直到物象最清晰为止。 适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。 如果使用油浸系物镜，可在物镜的前透镜上滴一些松柏油， 也可以将松柏油直接滴在试样上，油镜头用后，应立即用棉花 沾取二甲苯溶液擦净，再用擦镜纸擦干。 Part3 调节与使用 注意事项： 操作应细心，不能有粗暴和剧烈动作。 显微镜的镜头和试样表面不能用手直接触摸，若镜头 落入灰尘，可用镜头纸或软毛刷轻轻擦试。 显微镜的照明灯泡必须接在6-8V变压器上，切勿直接 插入220V电源，以免烧毁灯泡。 旋转粗调和微调手轮时，动作要慢，碰到故障应立即 报告, 不能强行用力转动，以免损坏机件。 Part3 调节与使用 利用金相显微镜可以对光片表面相的形貌、尺 寸、颜色、分布进行观察。对于那些不透明晶体（ 指光片厚度